CN1280426A

CN1280426A - N端口接收机校准

Info

Publication number: CN1280426A
Application number: CN00120384.3A
Authority: CN
Inventors: G·奥伯施米德特; V·布兰科维克; D·克鲁佩泽维克; 阿部雅美; T·康沙克; T·德勒
Original assignee: Sony International Europe GmbH; Sony Corp
Current assignee: Sony Deutschland GmbH; Sony Corp
Priority date: 1999-07-08
Filing date: 2000-07-10
Publication date: 2001-01-17
Anticipated expiration: 2020-07-10
Also published as: US6735261B1; EP1067675B1; CN1166090C; EP1067675A1; DE69924989D1; CA2310924A1; DE69924989T2; JP2001060982A

Abstract

提出一种校准诸如5端口或6端口接收机等N端口接收机的技术。N端口接收机(1)包括用于待检测的RF信号的第一输入端(2),用于本地振荡器产生的RF信号的第二输入端(3)及N－2个输出端。根据本地振荡器(4)提供的RF信号而产生校准信号。校准信号馈送到N端口接收机(1)的第一输入端(2)和/或第二输入端(3)。响应校准信号的馈送、根据由N端口接收机(1)产生的输出信号计算校准系数。校准信号为非调制信号并且仅由校准装置(100)中的无源RF电路处理。

Description

N端口接收机校准

本发明一般涉及N端口连接的RF接收机技术领域，特别是涉及用于校准N端口接收机的方法与装置。

在下面说明中提及到N端口接收机时，N是大于2的整数。由于在先有技术中已知N等于6的情况，下面将参照6端口接收机作出说明。

目前，实践已经表明所谓的6端口接收电路与数字信号处理器结合能够直接执行从微波到毫米波段频率范围的数字解调。在提供用于各种数字终端的传统外差式结构的效能价格合算的替代物时，这种新的直接数字接收机预示了降低的接收机复杂性、低装配要求及相当好的性能。

图17简要给出作为传统外差接收机的部分或完全取代物的直接6端口接收机的应用范围。

图18给出了Bossio Wu在“6端口直接数字毫米波接收机”一文提出的6端口接收机结构(Digest of 1994 IEEE MTT Symposium，Vol．3，pages 1659～1662，San Diego，May 1994)。

人们已经知道6端口技术能精确测量微波网的幅值与相位散射参数。代替外差式接收机，6端口接收机通过对所述6个端口中的至少三个端口抽取功率电平来完成对微波及毫米波频率的直接测量。硬件上的缺陷通过合适的校准步骤容易消除。在宽动态及频率范围可以作出非常精确的测量。6端口连接接收机包括诸如定向耦合器、功分器及二极管检测器这样的无源微波器件。该电路易于集成为MHMIC或MMIC。已知的接收机在微波及毫米波频率执行直接相位／频率解调。传统的接收机IQ单元被包含6端口接收机及数字信号处理(DSP)单元的6端口相位／幅值鉴别器取代。把输入的数字调制RF信号与数字式受控制本地振荡器218的输出相比较。

6端口接收机通常要考虑校准，该6端口接收机的一个主要优点是能够对付非理想RF子系统。校准步骤排除6端口硬件的缺陷。校准结果通常为实系数，这些系数与不同端口的测量功率电平相乘，用来计算接收机输入信号的(相对)幅值与(相对)相位。相对幅值与相对相位涉及信号的相干或不相干检测。

校准参数通常是非依赖于时间的或者是随时间变化非常慢的。理论上说，纠正校准参数的计算仅需要执行一次。可是实际上应当在每一次相当长的时段过去后执行一次，时间长度应根据具体情况确定。RF参数的变化取决于环境条件及装配缺陷。

从现有技术水平来看，已经提出各种不同的6端口接收机结构的校准技术。它们通常应用于6端口结构，针对网络测量问题以及例如，象已知负载、短路和滑动短路这样的校准用的硬件终端的使用。

对基于6端口结构的直接接收机的校准步骤有许多要求：

-校准应当使用与数据传输相同的编程采样率，在系统没有物理断开的情况下进行，

-校准的时间应尽可能的短，以及

-校准系数所需的计算操作应最小化并采用快速数字计算单元。

从G F Engen的“使用滑动终端校准6端口反射仪”(IEEE Tranmicrowave Theory Technique，vol．26．，pages 987-993，Dec．1978)及U．Stumper的“寻找用于校准单个6端口反射仪的Engen方法的初始估计值”(IEEE Tran Microwave Theory Technique，vol．38，pages951-957，July1990)可以知道这样的校准技术。

目前，用于在系统无物理断开情况下的6端口相干直接接收机的校准步骤已公开在J．Li，R．G．Bosisio和K．Wu的“6端口直接数字毫米接收机的双音校准”一文(IEEE Trans．Microwave TheoryTechnique，vol．44，pages 93-99，January 1996)。可是，这种已知的技术需要对输出、长的观察时间及本地振荡器(见图4中参考符号18)电平的变化进行复杂监视。本文公开了仅使用两种不同的频率而没有任何调制以及把所述频率提供给6端口接收机的输入端口。

根据WO 98／02656，提出了一种用于校准N端口接收机的方法，所述N端口接收机包含一个无源电路，它具有两个输入端及至少三个输出端，其中至少一个输入端接收待测量的高频信号，输出端为信号处理单元提供功率电平，信号处理单元根据至少两个功率电平和校准系数计算复信号。一个具有不同符号的预定校准序列被馈送到用于待测量的信号的至少一个输入端，并且根据该校准序列来计算所述校准系数。

图15给出一个按照WO 98／02656用于校准的实施例，其中校准步骤在装配过程完成。因此提供包含接口的外部校准硬件。该接口连接到6端口电路片的一个输入端。该接口获得6端口电路片的滤波后的输出信号。该接口连接到存储校准系数的存储器。通过外部校准硬件单元的校准可以在自动化装配过程中进行。外部校准硬件连接到包含6端口接收机的装配规定接口上。外部校准硬件发送信号给6端口输入端中的一个输入端，在相关端口(接口)得到信号输出，对所述值进行数字式转换，用外部DSP计算校准系数并将算得的校准系数直接馈送到6端口接收机的存储器。

本说明书中称连接外部校准装置(例如图15中所示)的校准原理为脱机校准。

图16示出另一个按照WO 98／02656的校准的实施例，其中硬件校准单元作为一个附加电路片与N端口接收机安装在同一电路板上。在此情况下，6端口接收机仅为图16所示的一个电路片组。由于部分时钟可以利用发射链路来实现，所以，附加元件的复杂性比图15情况下的小。把校准单元集成在6端口接收机电路板中有以下要求：一个附加功分器及一个X dB衰减器(或具有可编程分离率的功分器，或至少具有两个不同功率输出端口的三端口功分器)；一个用于产生已知8PSK信号的基带单元；几个开关以及附加控制要求。校准可以在接收机的睡眠时间(非工作时间)执行。由于几个附加单元的缘故，按照图16的实施例比按照图15的方法要昂贵，但却提供在环境变化情况下对接收机进行校准的可能性。

本说明书中把使用内部(片内)校准装置(例如图16中所示)的校准原理称为在线校准。

从图16可以看到，按照所述先有技术，必须提供一个用来产生8PSK信号的专用基带单元。

鉴于所述先有技术，本发明的目的是简化校准技术的复杂性。

通过独立权利要求的特征来达到所述目的，从属权利要求进一步发展了本发明的中心思想。

为此按照本发明提供一种校准N端口接收机的方法。N端口接收机包括：用于待检测的RF信号的第一输入端；用于本地振荡器产生的RF信号的第二输入端以及N-2个输出端子。N是大于2的整数。根据由本地振荡器提供的RF信号来产生校准信号。该校准信号馈送到N端口接收器的第一输入端和／或第二输入端。响应所述校准信号的馈送、根据N端口接收机产生的输出信号来计算校准系数。因此校准信号为非调制信号。因而不再需要提供用于校准信号的基带单元调制器。仅此已经简化了校准技术的结构。

产生校准信号的步骤可以包含把由本地振荡器产生的RF信号分为(分裂为)第一及第二分支并且处理第一和第二分支中的至少一个的步骤。

处理第一和第二分支中的至少一个的步骤可以包含产生多个彼此相对相移的RF信号并顺序地把所述各彼此相对相移的信号提供给N端口接收机的第一输入端和／或第二输入端的步骤。

计算校准系数的步骤可以包括按时间顺序地对响应校准信号的馈送、由N端口接收机产生的多个输出信号进行采样并计算作为校准系数的校准矩阵元素的步骤，其中所述校准信号呈现不同的相位状态。

校准可以脱机或在线执行，在后一种情况下，校准可以在N端口接收机装配后执行一次。

算得的校准系数可以存储在存储器中。

校准信号可以按时间顺序地呈现至少四种不同的复状态。

N端口接收机的第一输入端可以与第二输入端隔离。

校准信号可由无源电路产生。

此外，按照本发明，提出一种用于N端口接收机的校准装置。该N端口接收机包含用于待检测的RF信号的第一输入端、用于由本地振荡器产生的RF信号的第二输入端以及N-2个输出端。因此，N是大于2的整数。

所述校准装置包括根据本地振荡器提供的RF信号产生校准信号的装置。此外还提供用于向N端口接收机的第一和／或第二输入端馈送校准信号的装置。所述校准装置响应校准信号的馈送根据N端口接收机的输出信号来计算校准系数。该校准信号是非调制信号，胜过从先有技术(WO98／02856)知道的校准信号。

根据由本地振荡器提供的RF信号而产生校准信号的装置可以是无源电路。

产生校准信号的装置可以包含用以把由本地振荡器提供的RF信号分成第一和第二分支的功分器以及用以处理所述第一和第二分支中至少一个的装置。

处理所述第一和第二分支中至少一个的装置可以包含用来产生多个彼此相对相移的RF信号的移相装置以及用来向N端口接收机的第一和／或第二输入端顺序地提供彼此相对相移的RF信号的装置。

所述计算校准系数的装置可以包括按时间顺序地对响应校准信号的馈送、由N端口接收机产生的多个输出信号进行采样的装置，其中校准信号呈现不同的相位状态。此外，所述计算校准系数的装置可以包括计算作为校准系数的校准矩阵的元素的装置。

校准装置还可以包括用来存储算得的校准系数的存储器。

N端口接收机的第一输入端可以通过有源隔离单元与第二输入端隔离。

此外，按照本发明的另外一个方面，提供一种包含如前所述的校准装置的用于调制的RF信号的N端口接收机。该校准装置及N端口接收机可以集成在一个电路片上。

通过下面结合附图对本发明实施例的描述，本专业的技术人员将明白本发明的其它特征、优点及目的。

图1a给出了设计用于在线校准的校准装置及N端口结构，

图1b给出了按照本发明的设计用于脱机校准的校准装置及N端口结构，

图2给出了按照本发明的校准装置，

图3给出了按照第一实施例的图2中所示的校准装置的内部结构，

图4给出了按照另一个实施例的校准装置的内部结构，

图5给出了按照再一个实施例的校准装置的内部结构，

图6给出了基于与具有隔离功能的有源电路的N端口连接的N端口接收机，

图7给出了N端口接收机的数学表示，

图8给出了N端口接收机的功能说明，

图9到14给出了模拟结果：

图15到16给出了按照先有技术的具有校准装置的6端口接收机，

图17到18给出了基于N端口连接的接收机的一般概念。

按照本发明的解决方案提供N端口接收机的简单校准，它通常用作为(n)PSK(n)QAM振荡器调制方案的IQ解调器或直接解调器。因此本地振荡器用作为RF源。在处理本地振荡器产生的输入RF信号后，向N端口接收机的至少一个输入端提供校准信号。这给出了仅从已有的LO／RF源经由易于插入的无源电路产生所需的校准信号的简单技术解决方案。不再需要产生更加复杂的校准序列(调制)以及上变频单元。这种校准技术可处理各种影响，如功率读出装置的非理想匹配、相当大无源元件容差下的相关增益单元的非理想匹配。

下面将参考图1a描述本发明的实施例，其中所述实施例设计用于脱机校准。

如图1a给出的那样，主要的元件是校准装置100及N端口结构1。在通常的操作中，来自天线17的RF信号输入到N端口结构1的第一输入端2，来自本地振荡器4的本地振荡器RF信号输入到N端口结构1的第二输入端3。从先有技术知道，N端口结构(N是大于2的整数)有分别连接到功率传感器5、6、7的N-2个端子，它分别提供输出信号给低通滤波器8、9、10。所述低通滤波器的滤波输出信号提供给接口11，然后再提供给模拟数字后处理单元17。

假如要执行校准步骤，则校准控制单元15象控制校准装置100一样控制开关18、19，以便把校准装置100的输出信号提供给N端口结构的第一RF输入端2及第二(LO)输入端3。来自本地振荡器4的RF信号提供给校准装置100。校准装置100处理来自本地振荡器4的RF信号并分别提供校准信号给N结构1的第一RF输入端2及第二输入端(LO)3。

校准控制单元15还在控制端子18控制校准装置100。

当执行校准步骤并且把对应的校准信号从校准装置100馈送到N端口结构1的第一和第二输入端时，模拟或数字后处理单元17检测低通滤波器8、9、10的输出信号并计算存储在存储器16的校准系数。模拟或数字后处理单元17也受校准控制单元15控制，进行从一般操作到校准以及从校准到一般操作的切换。在一般操作中，数字或模拟后处理单元17输出根据低通滤波器8、9、10的输出信号算得的检测的IQ值。

如从图1a可看到的，只有来自本地振荡器4的RF信号是校准处理的基础，校准装置100处理所述来自本地振荡器4的RF信号，使得不再需要基带范围内的包括随后的向工作频率上变频操作在内的校准序列发生器。

连接片外校准装置的必要的接口也在图1a给出。

图1b给出了按照图1a方案的改型。按照图1a的所述方案，校准步骤由控制开关18及校准装置100的外部校准硬件15控制。此外，外部校准硬件连接到存储器16，以便存储算得的校准系数。为了达到所述的效果，外部校准硬件15还连接到DC接口11，使得外部校准硬件能计算需要的校准系数，该系数随后被存储在存储器16中。

图2给出了按照本发明的校准装置。校准装置100在输入端101接收来自本地振荡器的RF信号。此外，提供控制端21。校准装置100有两个输出端子，其中一个连接到N端口结构的第一RF输入端2(输出端子102)，以及第二输出端子(本地振荡器输出端子103)。

图3给出了校准装置100内部结构的第一实施例。来自本地振荡器4的RF信号提供给校准装置100的输入端101，然后提供给功分器104。功分器104产生一个没有进一步处理(离开开关106)就提供给本地振荡器输出端103的第一分支。功分器104产生的另一个分支提供给开关105，开关105由提供给依赖开关控制的校准装置100的控制输入端21的控制信号控制，该分支校准信号或者直接提供给由来自控制端21的控制信号控制的另一个开关109(选择a)、或者按照相移器107的相位角φ1移相后提供给开关109(选择b)或者按照相移器108的相位角φ2移相后提供给开关109。在校准步骤期间的操作中，开关105和109被这样控制，以致校准信号a、校准信号b及校准信号c(即，彼此相对地具有不同相移的信号)按时间顺序地提供给开关109从而提供给校准装置100的RF输出端102。

图4给出了校准装置100内部结构的另一个实施例。与图3的实施例相比，在校准信号选择a的信号部分连接衰减器110。

图5给出了校准装置100内部结构的再一个实施例。按照所述方案，也对提供给本地振荡器输出端子103的信号分支进行这样的处理，使得或者把没有相移的信号(选择c)或者把具有相移φ3的校准信号提供给开关114。开关114由端子113连接到地。按照所述实施例，图2及图3选择的另一个共同的特征：四种不同的校准信号可能分别提供给输出端子102和103。

校准装置100通常包含至少一个相移器、至少一个开关和至少一个功分器。

所述校准装置可与N端口结构集成在一起。N端口装置、功率传感器及所述校准装置可以装配成多电路片式或双装置式。

就象参考图1a解释的那样，使用按照本发明的校准装置的校准步骤可以脱机执行。得到的校准系数存储在存储器并用于N端口接收机的操作，就象在通常操作中模拟或数字后处理单元20所考虑的那样。温度引起的RF漂移可通过产生更新的系数的校准步骤脱机补偿。

图3中显示一个校准装置，它包括一个功分器、三个开关及至少两个相移器。功分器向左和右分支提供LO信号，左分支信号再提供给第二开关。借助此开关选择三个通道中的一个通道，其中一个通道可能没有相移器而剩下的两个通道有两个不同的移相器。这些RF和LO输出信号然后分别提供给N端口接收机的第一和第二输入端。

图4中显示一个校准装置，它包括一个功分器、两个开关、至少两个相移器及至少一个衰减器。功分器向左和右分支提供LO信号。左分支信号再提供给第二开关。借助此开关选择三个通道中的一个通道，其中一个通道可能有一个衰减器，而剩下的两个通道有两个不同的移相器。这些RF和LO输出信号分别提供给N端口接收机的第一和第二输入端。

图5中显示一个校准装置，它包括一个功分器、四个开关及至少两个相移器。功分器向左和右分支提供LO信号。左分支信号再提供给第二开关。此开关能够选择两个通道中的一个通道，其中一个通道可能有一个相移器，第二通道不需要有任何相移器。相同的结构可能用于右分支，不同的是第三开关可能有三种状态，在此它可能完全抑制输入的LO信号。然后，这些RF和LO输出信号分别提供给N端口接收机的第一和第二输入端。

所有开关、相移器及功分器可通过多种技术实现。

图6给出了N端口结构1的内部结构的最佳实施例。按照所述实施例，N端口结构是一种5端口结构1，它包含一个无源3端口结构12，该无源3端口结构12通过具有RF隔离功能的有源电路(单元13)连接到无源4端口结构14。无源3端口结构12连接到功率传感器5，功率传感器5提供输出信号给连接到DC接口11的低通滤波器8。所述无源4端口结构提供两个输出信号给功率传感器6、7，后者分别与提供输出信号给DC接口11的低通滤波器9、10相连。

数学背景

由于装配公差、来自功率传感器或有源装置的反射以及N端口结构的各种各样可能的实现方法，人们期待一种考虑到公差及缺陷的一般的校准。

因而在应用于具体的结构之前，首先讨论一般的建立与校准步骤。在此数学方法应用到一个具有两个输入端及三个功率传感器的5端口装置。该5端口装置仅是N端口装置的一个例子，N为大于2的整数。待测功率

\overset{&OverBar;}{P} = {(P_{1}, P_{2}, P_{3},)}^{T}

只依赖于5端口结构、用3*4矩阵

\overset{&OverBar;}{\overset{&OverBar;}{D}}

及组装在

\overset{&OverBar;}{V} = {(P_{RF}, P_{LQ}, I, Q)}^{T}

中的IQ值、通过下式表示：

\overset{&OverBar;}{P} = \overset{&OverBar;}{\overset{&OverBar;}{D}} \overset{&OverBar;}{V}

利用复RF信号SRF及RF与LO输入间的相位差φ，IQ值定义为I=|SFR|cosφ，Q=|SRF|sinφ。通过将假设为第四元素的LO功率P°Lo加到功率向量以及在

\overset{&OverBar;}{\overset{&OverBar;}{D}}

中引入第四行(0 1 0 0)，上面的矩阵等式变得几乎总是可逆的。于是可以通过下式重构IQ值重构矩阵

\overset{&OverBar;}{\overset{&OverBar;}{H}}

的所有16个元素可以从已知的输入值的四个独立测量结果算得，该过程称为校准处理，数学上它表示为：

其中上标表示测量结果的编号。

对于在噪声出现时有良好适应性及健全的校准，细心地选择校准序列是极其重要的。它必须能导致功率矩阵(左)及IQ矩阵(右)的低状态数。后者决定校准序列并且应当设计得简单及健全。

最后，经由下式计算IQ值：

因此对于IQ值的重构，只需要8个实乘法。

下面描述使用具有RF／IF隔离功能(图6中所示)的5端口接收机的操作方法。它包括3端口(RF输入端)、提供隔离功能以及可能还有RF信号的某种放大作用的有源或不可逆电路。相移器将另外两个3端口互联。相移不应等于mπ／2(m是整数)，有利的值为π／4。5端口结构的一个可供选择的布局可参见图8。在所有三个输出端口测量信号功率并对其进行低通滤波。可以在DSP或特别设计的模拟电路中重构LO和RF信号间的复向量比值。

校准序列及其产生

按照所描述的数学模型，可以使用不同的序列，但它们选择的关键特征是：

-它们必须产生情况良好的矩阵，以便得到健全的校准。

-它们必须简单，以便通过对LO信号的简单RF处理、利用最少数量的开关、相移器及衰减器就能实现。

表1中示出简单而足够稳定的校准序列的选择。

l(相等功率)			2(相等LO信号)
l(相等功率)			2(相等LO信号)		No.	S_LO	S_RF	S_LO	S_RF
1	1	1	1	1/2	No.	S_LO	S_RF	S_LO	S_RF
1	1	1	1	1/2	2	1	j	1	j
3	0	1	1	1	2	1	j	1	j
3	0	1	1	1	4	1	-(1+j)/2^1/2	1	1

表1．校准信号

其它信号序列也是可能的。可是上面的信号序列适应性良好且产生非常简单。

所述信号可以用简单的无源或有源电路实体产生，图3、4、5给出了实现的例子。

通常，在校准处理期间，四个不同的已知复信号被送到RF及OL输入端。对于每一个信号对，功率电平被测量并存储。在施加了所有信号且测量了功率之后，根据等式2计算装置矩阵

\overset{=}{H} .

对于上面的例子，所提出的校准有如下的复杂性：

-需要使用四个不同的信号对，

-需要存储四个用于校准信号的实IQ向量(4个值)，

-需要存储四个实功率向量(4个值)，

-需要对一个4乘4实矩阵求逆，

-两个4维向量需要与一个4乘4矩阵相乘。

N端口装置的校准可以在寿命周期及操作的不同阶段进行：

1．在装配后，通过上面描述的高精度校准装置校准N端口，被抽取的H矩阵存储在存储器中并进一步用于计算。

优点：

-N端口接收机装置被精确校准，

-只需校准一次，以致校准设备本身不必作为整个接收机电路

的一部分，

-校准是脱机进行的，最终的系统无需任何校准控制逻辑，

-H矩阵元素的计算是脱机进行的。因此，内部DSP只需存储

8个元素并且IQ值计算包括例如4维向量的两个点积。

缺点：

-不能考虑老化及温度漂移。

2．校准是在线进行的，例如在所述装置初始化期间或操作过程的

某个时间，

优点：

-考虑了老化及温度漂移造成的误差，

-一个电路片的解决方案成为可能的，

-装配完后不需做任何事，每一次校准是在以后自动进行的。

缺点：

-由于校准装置的公差，错误纠正不够精确，

-在最终的装置中需要某种校准逻辑，

-所有计算必须在板内进行。因此对数字处理的要求高。

可是，重复校准能显著减少校准步骤期间的变化、波动及噪声影响。对算得的功率及IQ矩阵求平均，以便取得更加精确的误差纠正。

校准后，计算H矩阵且存储所需要的8个元素。每一个测量周期期间进行三次功率检测。在DSP或一些模拟电路中，包括最初知道的本地振荡器功率的功率值乘以纠正矩阵的2乘4个元素。最终可以在DSP的输出端得到IQ值。

可以通过下面的操作方法重新算计最终的校准矩阵：

1．把一个包括四种复状态的序列送到N端口接收机输入端并且

计算所有相关的八个实校准系数以及将其存储在误差纠正用

的存储器中。

2．把一个包括四种复状态的序列送到N端口接收机输入端几

次。在每一个序列后计算相关的八个实校准系数。在所有循环

完成后，求得所有校准系数的平均值并将其存储在进一步的误

差纠正用的存储器中。

3．把包括四种复状态的不同序列送到N端口接收机输入端并且

计算相关的八个实校准系数。在所有序列送出后，求得所有校

准系数的平均值并将其存储在后面的误差纠正用的存储器

中。

4．可以使用上面2项和3项的结合。

5．把一个包括至少四种复状态的长校准序列送到N端口接收机

输入端并且把IQ值和测量到的功率值存储在所述存储器中。

例如通过以下方法计算相关的八个校准系数：

-广义功率矩阵求逆，

-最小平方法，

-解一般直角坐标方程组的任何可能的方法。

存储所述系数并将其用于后面的误差纠正。

在表2中，利用三个不同的序列组计算校准系数(四个I值，四个Q值)。可以观察到，所有情况下的系数偏差是非常小的，以致可以进行求平均计算以获得最终结果。

校准序列	h_i1	h_i2	h_i3	h_i4
校准序列	h_i1	h_i2	h_i3	h_i4	(1)相等LO	4．7673	-2．5437	-1．7942	0．5385
(2)相等相位	4．8164	-2．5517	-1．8340	0．5348	(1)相等LO	4．7673	-2．5437	-1．7942	0．5385
(2)相等相位	4．8164	-2．5517	-1．8340	0．5348	I(3)状态(69)	4．7780	-2．5334	-1．8112	0．5347
(4)理想校准	4．7703	-2．5342	-1．7889	O．5381	I(3)状态(69)	4．7780	-2．5334	-1．8112	0．5347
(4)理想校准	4．7703	-2．5342	-1．7889	O．5381	(1)相等LO	-2．9099	2．2468	-1．7830	0．3760
Q(2)相等相位	-2．8260	2．2287	-1．8498	O．3640	(1)相等LO	-2．9099	2．2468	-1．7830	0．3760
Q(2)相等相位	-2．8260	2．2287	-1．8498	O．3640	(3)状态(69)	-2．9619	2．2467	-1．5823	0．3788

(4)理想校准

-2．8622

2 2361

-1．7889

0．3703

表2：校准系数，由三个不同的校准信号组产生，(1，2)如表l中给的，(3)具有状态不好的IQ矩阵，(4)理想(无失真)的校准信号。

用于具有隔离功能的N端口接收机装置的精确度增强的误差纠正

为了进一步改进所述接收机的校准及操作，可能需要将功率传感器1(图1，6)与LO口隔离。这可以通过各种各样的实现方法完成，例如：不可逆或有源元件、完善的无源(电阻性)电路设计。

在这样一种设计中，第一个功率(P₁)与RF信号成正比。另外，在信号通路中仅有很少的无源电路元件并且可以假定误差和公差不太重要。

有了这样的设计，就有可能得到关于输入RF信号的非常精确的估计，它可用来提高IQ信号的精确度。在校准期间，通过简单的运算计算一个附加的因子H_P：

在运算期间，从检测到的P₁值计算一个附加值P’_RF=P₁／H_P。可以假定，新因子P’_RF比从等式1算得的P_RF更精确，因此可用来通过下式提高IQ值的精确度：

SRF	将要IQ解调的RF信号
SRF	将要IQ解调的RF信号	SLO	第二RF信号(已知，通常为本地振荡器信号)
φ	RF与LO信号间的相位角	SLO	第二RF信号(已知，通常为本地振荡器信号)
φ	RF与LO信号间的相位角	V,P	IQ值及测量到的功率(向量)集合
V	放大器级增益(复)	V,P	IQ值及测量到的功率(向量)集合
V	放大器级增益(复)	i₁₁,i₂₂	放大器复输入输出反射系数
I,Q,I’,Q’	S_RF同相及正交相位分量	i₁₁,i₂₂	放大器复输入输出反射系数
I,Q,I’,Q’	S_RF同相及正交相位分量	P₁,P₂,P₃	在各传感器处检测到的功率
P_RF,P_LO	RF及LO功率	P₁,P₂,P₃	在各传感器处检测到的功率
P_RF,P_LO	RF及LO功率	Xⁱ	第i个校准信号X
D	装置的变换矩阵	Xⁱ	第i个校准信号X
D	装置的变换矩阵	H,h_ij	用于计算IQ值装置矩阵，矩阵元素

表3：使用的变量符号

所建议的解决方案的模拟验证

作为数字例子，研究了5端口结构(与图6有关的)。所有3端口结构被认为是相同的。把它们中的每一个作为星型连接电阻处理，其中每一个有Z／3阻值(Z是特征阻抗，通常为50Ω)。每一个电阻具有Z／60的寄生电抗部分。具有隔离功能的有源电路用一个简单的非匹配放大器实现，该放大器增益为10dB并有相同的输入输出反射损耗I₁₁=I₂₂=-6dB。结果为具有和没有相关噪声的16种QAM信号。假定装配公差为20％。在操作期间，所有电路元件的变化为1％。校准期间本地振荡器有10％的变化。在该阶段，加上所有公差，于是所有校准信号分别假定有1％或20％的公差。在图9、10中，使用表1中的校准序列(1)并且比较三种不同的情况，RF-QAM信号是无噪声的。没有校准(●)，该装置将不允许符号的纠正检测；而在校准后的情况(+)下，噪声显著减少并且装置将允许低的误码率。该情况下的变化仅由工作期间元件的变化(1％)和LO噪声(10％)产生。通过用具有上面描述的隔离功能(O)的N端口结构提高精确度，可以进一步改进所述构象。第二个校准序列也是同样的。图11、12给出了模拟结果。

为了验证在工作期间更大漂移及元件值变化情况下的系统功能，图13给出了10％的元件公差对于最好的可能的校准方案的模拟结果。当脱机校准N端口时(例如在装配后立即进行)，该情况可能出现。最后，检验了最坏情况下噪声的影响。再者，假定10％的元件值高公差及RF信号的20dB信噪比，图14验证了所述校准方案甚至在这些条件下仍然奏效。

提出一种新的用于数字调制信号的N端口接收机的校准装置及校准方法。

所提出的装置及有关的操作方法提供一种简单实现的解决方案，具有最少的附加RF电路，在此现有的LO信号被重复使用。

所提出的技术的主要优点是：仅仅通过使用LO信号及校准装置附加的无源RF电路就可以产生校准序列。校准装置的输出信号连接到N端口接收机以便执行提出的校准。因此不需要附加的必须调制的RF源。

Claims

1．一种用于校准N端口接收机的方法，其中所述N端口接收机(1)包括用于待检测的RF信号的第一输入端(2)、用于从本地振荡器(4)产生的RF信号的第二输入端(3)及N-2个输出端，N是大于2的整数，所述方法包含如下步骤：

-利用所述本地振荡器信号(4)产生校准信号，

-把所述校准信号馈送到所述N端口接收机(1)的所述第一输入端(2)和／或第二输入端(3)，以及

-响应所述校准信号的馈送、根据所述N端口接收机(1)的输出信号计算校准系数，

其中所述校准信号是非调制信号。

2．按照权利要求1的方法，其特征在于所述产生校准信号的步骤包含如下的步骤：

-把所述本地振荡器信号分成第一及第二分支，以及

-处理所述第一及第二分支中的至少一个分支。

3．按照权利要求2的方法，其特征在于所述处理第一及第二分支中的至少一个的步骤包含如下的步骤：

-产生多个彼此相对相移的RF信号，以及

-顺序地把所述彼此相对相移的RF信号提供给所述N端口接收机(1)的所述第一输入端(2)和／或第二输入端(3)。

4．按照前面的权利要求中的任何一个的方法，其特征在于所述计算校准系数的步骤包含如下的步骤：

-应所述校准信号的馈送、按时间顺序地对由所述N端口接收机(1)产生的多个输出信号进行采样，其中所述校准信号呈现不同的相位状态，以及

-计算作为校准系数的校准矩阵的元素。

5．按照前面的权利要求中的任何一个的方法，其特征在于：所述校准是脱机执行的。

6．按照权利要求5的方法，其特征在于：在所述N端口接收机(1)装配后执行一次所述校准。

7．按照前面的权利要求中的任何一个的方法，其特征在于：所述校准是在线执行的。

8．按照前面的权利要求中的任何一个的方法，其特征在于还包括存储(16)所述算得的校准系数的步骤。

9．按照前面的权利要求中的任何一个的方法，其特征在于：所述校准信号按时间顺序地呈现至少四种不同的复状态。

10．按照前面权利要求中的任何一个的方法，其特征在于：所述N端口接收机(1)的所述第一输入端(2)与所述第二输入端(3)是隔离的。

11．按照权利要求1的方法，其特征在于：通过使所述本地振荡器信号通过无源电路(100)而产生所述校准信号。

12．按照前面的权利要求中的任何一个的方法，其特征在于：通过在多个校准周期范围内求平均来计算所述校准系数。

13．一种用于N端口接收机的校准装置，其中所述N端口接收机(1)包含用于待检测的RF信号的第一输入端(2)、用于从本地振荡器(4)产生的RF信号的第二输入端(3)以及N-2个输出端，N是大于2的整数，所述校准装置包括：

-根据由所述本地振荡器(4)提供的RF信号产生校准信号的装置(100)，

-把所述校准信号馈送到所述N端口接收机的所述第一输入端(2)和／或所述第二输入端(3)的装置，以及

-响应所述校准信号的馈送、根据由所述N端口接收机(1)产生的输出信号计算校准系数的装置，

其中所述校准信号是非调制信号。

14．按照权利要求13的装置，其特征在于：根据由所述本地振荡器(4)提供的所述RF信号产生所述校准信号的所述装置(100)是无源电路。

15．按照权利要求13或权利要求14的装置，其特征在于所述产生校准信号的装置包括：

-把由所述本地振荡器(4)提供的所述RF信号分成第一及第二分支的功分器，以及

-处理所述第一及第二分支中的至少一个的装置。

16．按照权利要求15的装置，其特征在于所述处理所述第一及第二分支中的至少一个的装置包括：

-产生多个彼此相对相移的RF信号的相移装置，以及

-顺序地把所述彼此相对相移的RF信号提供给所述N端口接收机(1)的所述第一输入端(2)和／或所述第二输入端(3)的装置。

17．按照权利要求13到16中任何一个的装置，其特征在于所述计算校准系数的装置包括：

-按时间顺序地对响应所述校准信号的馈送、由所述N端口接收机(1)产生的多个输出信号进行采样的装置，其中所述校准信号呈现不同的相位状态，以及

-用于计算作为校准系数的校准矩阵的元素的装置。

18．按照权利要求13到17中任何一个的装置，其特征在于还包括用以存储算得的校准系数存储器(16)。

19．按照权利要求13到18中任何一个的装置，其特征在于：所述校准信号按时间顺序地呈现至少四种不同的复状态。

20．按照权利要求13到19中任何一个的装置，其特征在于：借助于具有有源电路的隔离单元(13)将所述接收机(1)的所述第一输入端(2)与第二输入端(3)隔离。

21．一种用于调制RF信号的N端口接收机，其特征在于包括按照权利要求11到17中任何一个的校准装置。

22．按照权利要求21的N端口接收机，其特征在于：所述校准装置(100)与所述N端口接收机集成在一个芯片上。